Profag je ime fagovske DNK zmernih bakteriofagov, kadar je prisoten v bakterijski gostiteljski celici. Félix Hubert d'Hérelle je leta 1917 odkril bakteriofage virusi ki so se prilagodili specifičnim bakterije. Kasneje so raziskave ločile med litičnim fagom z visoko virulenco in zmernim fagom s tihim profagom in lizogenim ciklom.
Kaj so profagi?
Profag zmernega bakteriofaga je lahko prisoten kot plazmid v gostiteljski celici ali integriran v bakterijsko DNA. V ta namen mora zmerni fag po vbrizganju DNA faga sprejeti lizogeni cikel. Ločimo med litičnim ciklom in lizogenim ciklom. Medtem ko litični ciklus po injekciji genskega materiala povzroča hitro replikacijo in poznejšo lizo gostiteljske celice, se v lizogenem ciklu v gostiteljsko celico vbrizgajo represorski geni faga, da zatirajo litični cikel, tj. celica. Zmerni fag lahko preklaplja med litičnim in lizogenim ciklom, odvisno od okolja stanje prisoten. Litični cikel se nanaša na konvencionalni pristop genov fagov v gostiteljski celici. Po vbrizganju virusne DNA se v gostiteljski celici hitro razmnoži. Po kapsidni in repni vlakni beljakovin razmnožili poleg virusne DNA in iz posameznih delov zbrali številne nove virusne delce, celična stena gostiteljske celice razpade z lizocim. Z raztapljanjem celične stene se sprostijo novi fagi in zdaj lahko svojo DNK vbrizgajo v nadaljnje bakterijske celice. Ta postopek se zaključi v približno eni uri. Zaradi velikega števila novih virusnih delcev se ta proces imenuje "virulentna oblika". Ker gostiteljsko celično steno uniči lizocim, se uporablja izraz "litični cikel". V zmernem fagu ne pride nujno do hitrega razmnoževanja in poznejše lize gostiteljske celice. Odvisno od obstoječih okoljski dejavniki, zmerni fag se lahko izmenjuje med litičnim in lizogenim ciklom. Litični cikel lahko zatremo z vbrizgavanjem represorskih genov in lizogeni cikel se lahko začne za nedoločen čas. V lizogenem ciklu se genetski material faga vstavi v genetski material zarodka in lahko tu vztraja nedoločen čas. Vbrizgani genski material se imenuje „še vedno“ in opredeljuje kot „profag“. Profag lahko prebiva kot plazmid v citoplazmi gostiteljske celice ali se vključi v genski material bakterije. Vključevanje virusnega genskega materiala zahteva visoko stopnjo specializacije. Genetski material zmernih fagov je lahko pritrjen samo na določene položaje bakterijske DNA. Nasprotno pa je genetski material posameznih zmernih fagov sevov vedno mogoče identificirati na istih položajih bakterijskega genoma. Zaradi uspešne prilagoditve postanejo profagi upravičenci do delitve bakterijskih celic. Med postopkom delitve mitoze gostiteljske celice se virusni genom prenaša naprej. Nadaljnji prenos na druge bakterije lahko pride s konjugacijo. Profagi se tako lahko po različnih prenosnih poteh širijo skozi celotne bakterijske seve. Vplivi okolja, kot so UV svetloba ali nekatere kemikalije, lahko povzročijo, da se profag preklopi nazaj v litični cikel in poišče agresivno replikacijo. Poleg tega profag izkorišča tudi transkripcijske procese gostiteljske celice: vbrizgani represorski geni faga prepoznajo kot poškodbo DNA nekateri encimi bakterije in se razgradi. Razgradnja genov zaviralcev deluje samouničevalno v gostiteljski celici. Litičnega cikla zdaj ni več mogoče zatreti in profag iz lizogenega stanja preide v agresivno razmnoževanje, ki se konča z naknadnim raztapljanjem bakterijske celične stene.
Pojav, distribucija in lastnosti
Fagi so zelo specializirani virusi ki so se prilagodili posameznim bakterijskim sevom. Tako ni vsak bakteriofag dostopen do vsake bakterije. Razmnoževanje brez določene gostiteljske celice za bakteriofag ni mogoče. Močna specializacija vodi k dejstvu, da se bakteriofagi nahajajo na istem terenu kot njihove gostiteljske celice. Še bolj velja za profage, saj profagi niso običajni virusi in se zgolj predstavljajo kot virusni genski material v gostiteljskem organizmu, jih ni mogoče najti zunaj dodeljenih celic, čeprav le po definiciji. Poleg tega je treba omeniti, da imajo bakteriofagi število (10 na moč 30) v morsko vodo sam, zato je na celotnem planetu več fagov kot živih organizmov. To je v nasprotju z izginjajoče majhnim številom devetnajstih uradno raziskanih bakteriofagov, zaradi česar je težko natančno opredeliti njihov pojav.
Pomen in funkcija
Fag terapija je bil razvit v dvajsetih letih 1920. stoletja in se še vedno uspešno uporablja v vzhodni Evropi za boj proti različnim nalezljive bolezni. Prednosti faga terapija so očitni: bakteriofagi poškodujejo samo posamezne seve bakterije medtem antibiotiki imajo splošen škodljiv učinek na telesne bakterije. Odkritje penicilin v 1940. letih XNUMX. stoletja privedlo do množičnih antibiotik na Zahodu in posledično prenehanje raziskav fagov. Kasnejše kopičenje številnih antibiotik upori pa so v devetdesetih letih prejšnjega stoletja sprožili povečano zanimanje za bakteriofage. Vendar pa je poudarek faga terapija je na bakteriofagih z agresivno virulenco in izključno litičnim ciklom, medtem ko so zmerni bakteriofagi in profagi doslej igrali le manjšo vlogo.
Bolezni in bolezni
nekateri patogeni lahko svojo virulenco ugotovijo le s simbiozo s profagi. Clostridium botulinum lahko povzroči strah botulinski toksin samo s pomočjo integrirane fagovske DNA. Streptococcus piogeni lahko samo povzročajo scarlet povišana telesna temperatura v kombinaciji z DNK profaga. Vibrio cholerae proizvaja kolere samo skozi posebne profage. To kaže tudi na pomen fagov za človeško medicino. Celotni bakterijski sevi bi lahko izgubili svoj patogeni potencial, če bi lahko izrecno izločili odgovorne profage.
